JP6673174B2 - Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP6673174B2 JP6673174B2 JP2016240558A JP2016240558A JP6673174B2 JP 6673174 B2 JP6673174 B2 JP 6673174B2 JP 2016240558 A JP2016240558 A JP 2016240558A JP 2016240558 A JP2016240558 A JP 2016240558A JP 6673174 B2 JP6673174 B2 JP 6673174B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- conductivity type
- guard ring
- type
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 55
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 55
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 53
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 285
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 101
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 47
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 37
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 31
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 24
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 15
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02529—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
- H01L29/0623—Buried supplementary region, e.g. buried guard ring
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
- H01L29/0661—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body specially adapted for altering the breakdown voltage by removing semiconductor material at, or in the neighbourhood of, a reverse biased junction, e.g. by bevelling, moat etching, depletion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
- H01L29/0692—Surface layout
- H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
- H01L29/4236—Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
- H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
- H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
- H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
- H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7811—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with an edge termination structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
本発明は、ディープ層およびガードリング層を有する炭化珪素(以下、SiCという)半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) semiconductor device having a deep layer and a guard ring layer, and a method for manufacturing the same.
従来より、高い電界破壊強度が得られるパワーデバイスの素材としてSiCが注目されている。SiCのパワーデバイスとしては、例えばMOSFETやショットキーダイオードなどが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, SiC has been attracting attention as a material for power devices capable of obtaining high electric field breakdown strength. As a SiC power device, for example, a MOSFET, a Schottky diode, and the like have been proposed (for example, see Patent Document 1).
SiCのパワーデバイスでは、MOSFETやショットキーダイオード等のパワー素子が形成されるセル部と、セル部の周囲を囲むガードリング部とが備えられる。セル部とガードリング部との間には、これらの間を繋ぐための繋ぎ部が設けられ、繋ぎ部における半導体基板の表面側には例えば電極パッドが備えられる。そして、ガードリング部を含む外周領域において、半導体基板の表面を窪ませた凹部とすることで、基板の厚み方向において、セル部および繋ぎ部が島状に突出したメサ部となるようにしている。 The SiC power device includes a cell portion in which a power element such as a MOSFET or a Schottky diode is formed, and a guard ring portion surrounding the cell portion. A connecting portion is provided between the cell portion and the guard ring portion for connecting them, and for example, an electrode pad is provided on the surface side of the semiconductor substrate in the connecting portion. In the outer peripheral region including the guard ring portion, the surface of the semiconductor substrate is formed as a concave portion so that the cell portion and the connecting portion become mesa portions projecting in an island shape in the thickness direction of the substrate. .
上記の構成のパワーデバイスを有するSiC半導体装置において、微細化に伴ってセル部のMOSFET等に形成されるp型ディープ層の間隔が狭くなると、p型ディープ層から延びる空乏層によって実質的な電流経路の断面積が狭くなる。これにより、JFET抵抗が増大することから、n-型ドリフト層の上に、p型ディープ層と同じもしくはそれよりも深い位置まで、n-型ドリフト層よりも高不純物濃度となるn型電流分散層を形成して低抵抗化する必要がある。 In the SiC semiconductor device having the power device having the above-described configuration, when the distance between the p-type deep layers formed in the MOSFET and the like in the cell portion is reduced with miniaturization, the substantial current is reduced by the depletion layer extending from the p-type deep layer. The cross-sectional area of the path is reduced. Thus, since the JFET resistance is increased, n - type on the drift layer, p-type deep layer to the same or deeper than, n - -type a high impurity concentration than the drift layer n-type current spreading It is necessary to lower the resistance by forming a layer.
しかしながら、このようなn型電流分散層を形成する場合、n型電流分散層が比較的高濃度であるために、p型ガードリングの間において電界が入り込み易くなり、電界集中による耐圧低下を招く。これに対応するには、p型ガードリング同士の間隔をより狭くし、電界の入り込みを抑制することが考えられる。ところが、フォトリソグラフィの分解能などに起因して、p型ガードリング同士の間隔の縮小化の限界があり、例えば0.5μm以下の間隔に縮小化することが難しい。このため、今後のさらなる微細化に対応することができなくなることが懸念される。 However, when such an n-type current distribution layer is formed, since the n-type current distribution layer has a relatively high concentration, an electric field easily enters between the p-type guard rings, resulting in a reduction in withstand voltage due to electric field concentration. . In order to cope with this, it is conceivable to make the distance between the p-type guard rings narrower and suppress the entry of the electric field. However, due to the resolution of photolithography and the like, there is a limit in reducing the interval between the p-type guard rings, and it is difficult to reduce the interval to, for example, 0.5 μm or less. For this reason, there is a concern that it will not be possible to cope with further miniaturization in the future.
本発明は上記点に鑑みて、電流分散層を形成する場合において、電界集中による耐圧低下を抑制できる構造のSiC半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a SiC semiconductor device having a structure capable of suppressing a decrease in breakdown voltage due to electric field concentration when a current distribution layer is formed, and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するため、請求項1に記載のSiC半導体装置は、セル部および外周部に、第1または第2導電型の基板(1)と、基板の表面側に形成され、基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型のドリフト層(2)と、ドリフト層の上に形成され、ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1導電型の電流分散層(2a)と、を備えている。セル部には、電流分散層にストライプ状に形成された第2導電型層(5)と、第2導電型層に電気的に接続された第1電極(9)と、基板の裏面側に電気的に接続された第2電極(11)と、を有し、第1電極と第2電極との間に電流を流す縦型の半導体素子が備えられている。また、ガードリング部には、電流分散層の表面から形成されていると共にセル部を囲む複数の枠形状とされたライン状の第2導電型のガードリング(21)が備えられている。そして、ガードリング部においてセル部よりも電流分散層が凹んだ凹部(20)が形成されることで、基板の厚み方向において、セル部がガードリング部よりも突き出した島状のメサ部が構成され、メサ部と凹部との境界位置からメサ部の外周側に向けて、ドリフト層の表層部に、ガードリングよりも低不純物濃度とされた第2導電型の電界緩和層(40)が備えられている。
In order to achieve the above object, the SiC semiconductor device according to
このように、メサ部と凹部との境界位置からメサ部の外周側に向けて、ドリフト層の表層部に、電界緩和用の電界緩和層を形成している。このため、ガードリングの間への電界の入り込みを抑制することができる。これにより、電界集中が緩和され、電界集中による層間絶縁膜の破壊が抑制されて、耐圧低下を抑制することが可能となる。したがって、所望の耐圧を得ることが可能なSiC半導体装置とすることができる。 Thus, the electric field relaxation layer for electric field relaxation is formed on the surface layer of the drift layer from the boundary position between the mesa portion and the concave portion toward the outer peripheral side of the mesa portion. For this reason, it is possible to suppress the electric field from entering between the guard rings. As a result, the electric field concentration is reduced, the destruction of the interlayer insulating film due to the electric field concentration is suppressed, and the reduction in breakdown voltage can be suppressed. Therefore, a SiC semiconductor device capable of obtaining a desired breakdown voltage can be obtained.
また、請求項4に記載のSiC半導体装置では、メサ部と凹部との境界位置からメサ部の外周側に向けて、電流分散層内に、電流分散層およびガードリングよりもキャリア濃度が低くされた第1導電型または第2導電型の電界緩和層(50)が備えられている。 Further, in the SiC semiconductor device according to the fourth aspect, the carrier concentration is lower in the current spreading layer than in the current spreading layer and the guard ring from the boundary position between the mesa portion and the concave portion toward the outer peripheral side of the mesa portion. And a first conductivity type or second conductivity type electric field relaxation layer (50).
このように、ガードリング部において電流分散層内に電界緩和層を形成するようにしている。このような電界緩和層を形成しても、ガードリング間への電界の入り込みを抑制することができる。したがって、請求項1と同様の効果を得ることができる。 Thus, the electric field relaxation layer is formed in the current distribution layer in the guard ring portion. Even if such an electric field relaxation layer is formed, it is possible to suppress the electric field from entering between the guard rings. Therefore, the same effect as the first aspect can be obtained.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in parenthesis of each said means shows an example of the correspondence with the concrete means described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent are denoted by the same reference numerals and described.
(第1実施形態)
第1実施形態について説明する。ここでは半導体素子で構成されるパワー素子としてトレンチゲート構造の反転型のMOSFETが形成されたSiC半導体装置を例に挙げて説明する。
(1st Embodiment)
A first embodiment will be described. Here, a SiC semiconductor device in which an inversion type MOSFET having a trench gate structure is formed as a power element including a semiconductor element will be described as an example.
図1に示すSiC半導体装置は、トレンチゲート構造のMOSFETが形成されるセル部と、このセル部を囲む外周部とを有した構成とされている。外周部は、ガードリング部と、ガードリング部よりも内側、つまりセル部とガードリング部との間に配置される繋ぎ部とを有した構成とされている。なお、図1は断面図ではないが、図を見やすくするために部分的にハッチングを示してある。 The SiC semiconductor device shown in FIG. 1 is configured to have a cell portion in which a MOSFET having a trench gate structure is formed, and an outer peripheral portion surrounding the cell portion. The outer peripheral portion has a configuration including a guard ring portion and a connecting portion disposed inside the guard ring portion, that is, between the cell portion and the guard ring portion. Although FIG. 1 is not a cross-sectional view, hatching is partially shown to make the drawing easier to see.
図2に示すように、SiC半導体装置は、SiCからなるn+型基板1を用いて形成され、n+型基板1の主表面上にSiCからなるn-型ドリフト層2とn型電流分散層2aとp型ベース領域3、および、n+型ソース領域4が順にエピタキシャル成長させられている。
As shown in FIG. 2, SiC semiconductor device is formed using the n + -
n+型基板1は、例えばn型不純物濃度が1.0×1019/cm3とされ、表面が(0001)Si面とされている。n-型ドリフト層2は、例えばn型不純物濃度が0.5〜2.0×1016/cm3とされている。n型電流分散層2aは、n-型ドリフト層2よりもn型不純物濃度が高濃度、つまり低抵抗とされており、より広範囲に電流を分散して流すことで、JFET抵抗を低減する役割を果たす。例えば、n型電流分散層2aは、例えば8×1016/cm3とされ、厚みが0.5μmとされている。
The n + -
また、p型ベース領域3は、チャネル領域が形成される部分で、p型不純物濃度が例えば2.0×1017/cm3程度とされ、厚みが300nmで構成されている。n+型ソース領域4は、n-型ドリフト層2よりも高不純物濃度とされ、表層部におけるn型不純物濃度が例えば2.5×1018〜1.0×1019/cm3、厚さ0.5μm程度で構成されている。
The p-
セル部では、n+型基板1の表面側においてp型ベース領域3およびn+型ソース領域4が残されており、ガードリング部では、これらn+型ソース領域4およびp型ベース領域3を貫通してn型電流分散層2aに達するように凹部20が形成されている。このような構造とすることでメサ構造が構成されている。
In the cell portion, a p-
また、セル部では、n+型ソース領域4やp型ベース領域3を貫通してn型電流分散層2aに達するようにp型ディープ層5が形成されている。p型ディープ層5は、p型ベース領域3よりもp型不純物濃度が高くされている。具体的には、p型ディープ層5は、n型電流分散層2aに複数本が等間隔に配置され、互いに交点なく離れて配置されたストライプ状のトレンチ5aの間に備えられ、エピタキシャル成長によるp型のエピタキシャル膜によって構成されている。なお、このトレンチ5aがディープトレンチに相当するものであり、例えば幅が1μm以下、アスペクト比が2以上の深さとされている。
In the cell portion, a p-type
例えば、各p型ディープ層5は、p型不純物濃度が例えば1.0×1017〜1.0×1019cm3、幅0.7μm、深さ2.0μm程度で構成されている。各p型ディープ層5は、最も深い底部の位置がn型電流分散層2aとn-型ドリフト層2との境界位置と同じ位置、もしくはそれよりもp型ベース領域3側に位置している。すなわち、p型ディープ層5とn型電流分散層2aとが同じ深さ、もしくはp型ディープ層5よりもn型電流分散層2aの方が深い位置まで形成されている。p型ディープ層5は、図1に示すようにセル部の一端から他端に渡って形成されている。そして、p型ディープ層5は、後述するトレンチゲート構造と同方向を長手方向として延設され、トレンチゲート構造の両端よりも更にセル部の外側に延設された後述するp型繋ぎ層30とつながっている。
For example, each p-type
p型ディープ層5の延設方向については任意であるが、<11−20>方向に延設し、トレンチ5aのうち長辺を構成している対向する両壁面が同じ(1−100)面となるようにすると、埋込エピ時の成長が両壁面で等しくなる。このため、均一な膜質にできると共に、埋込み不良の抑制効果も得られる。
The direction in which the p-type
また、p型ベース領域3およびn+型ソース領域4を貫通してn-型ドリフト層2に達するように、例えば幅が0.8μm、深さが1.0μmのゲートトレンチ6が形成されている。このゲートトレンチ6の側面と接するように上述したp型ベース領域3およびn+型ソース領域4が配置されている。ゲートトレンチ6は、図2の紙面左右方向を幅方向、紙面垂直方向を長手方向、紙面上下方向を深さ方向とするライン状のレイアウトで形成されている。また、図1に示すように、ゲートトレンチ6は、複数本がそれぞれp型ディープ層5の間に挟まれるように配置され、それぞれが平行に等間隔で並べられることでストライプ状とされている。
A
さらに、p型ベース領域3のうちゲートトレンチ6の側面に位置している部分を、縦型MOSFETの作動時にn+型ソース領域4とn-型ドリフト層2との間を繋ぐチャネル領域として、チャネル領域を含むゲートトレンチ6の内壁面にはゲート絶縁膜7が形成されている。そして、ゲート絶縁膜7の表面にはドープドPoly−Siにて構成されたゲート電極8が形成されており、これらゲート絶縁膜7およびゲート電極8によってゲートトレンチ6内が埋め尽くされている。
Further, a portion of the p-
また、n+型ソース領域4およびp型ディープ層5の表面やゲート電極8の表面には、層間絶縁膜10を介して第1電極に相当するソース電極9や電極パッド部に配置されたゲートパッド31が形成されている。ソース電極9およびゲートパッド31は、複数の金属、例えばNi/Al等にて構成されている。そして、複数の金属のうち少なくともn型SiC、具体的にはn+型ソース領域4やn型ドープの場合のゲート電極8と接触する部分はn型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。また、複数の金属のうち少なくともp型SiC、具体的にはp型ディープ層5と接触する部分はp型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。なお、これらソース電極9およびゲートパッド31は、層間絶縁膜10上に形成されることで電気的に絶縁されている。そして、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホールを通じて、ソース電極9はn+型ソース領域4およびp型ディープ層5と電気的に接触させられ、ゲートパッド31はゲート電極8と電気的に接触させられている。
Further, on the surface of the n +
さらに、n+型基板1の裏面側にはn+型基板1と電気的に接続された第2電極に相当するドレイン電極11が形成されている。このような構造により、nチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造のMOSFETが構成されている。そして、このようなMOSFETが複数セル配置されることでセル部が構成されている。
Further, on the back side of the n + -
一方、ガードリング部では、上記したように、n+型ソース領域4およびp型ベース領域3を貫通してn型電流分散層2aに達するように凹部20が形成されている。このため、セル部から離れた位置ではn+型ソース領域4およびp型ベース領域3が除去されて、n型電流分散層2aが露出させられている。そして、n+型SiC基板1の厚み方向において、凹部20よりも内側に位置するセル部や繋ぎ部が島状に突き出したメサ部となっている。
On the other hand, in the guard ring portion, as described above,
また、凹部20の下方に位置するn型電流分散層2aの表層部には、セル部を囲むように、図1中では7本記載してあるが、複数本のp型ガードリング21が備えられている。本実施形態の場合、p型ガードリング21を四隅が丸められた四角形状としているが、円形状など他の枠形状で構成されていても良い。p型ガードリング21は、n型電流分散層2aに形成されたトレンチ21a内に配置され、エピタキシャル成長によるp型のエピタキシャル膜によって構成されている。なお、このトレンチ21aがガードリングトレンチに相当するものであり、例えば幅が1μm以下、アスペクト比が2以上の深さとされている。
In the surface layer portion of the n-type
p型ガードリング21を構成する各部は、上記したp型ディープ層5と同様の構成とされている。p型ガードリング21は、上面形状がセル部および繋ぎ部を囲む枠形状のライン状とされている点において、直線状に形成されたp型ディープ層5と異なっているが、他は同様である。すなわち、p型ガードリング21はp型ディープ層5と同様の幅、同様の厚さ、つまり同様の深さとされている。また、各p型ガードリング21の間隔については、等間隔であっても良いが、より内周側、つまりセル部側において電界集中を緩和して等電位線がより外周側に向かうように、p型ガードリング21の間隔がセル部側で狭く外周側に向かうほど大きくされている。
Each part configuring the p-
なお、図示していないが、必要に応じてp型ガードリング21よりも外周にEQR構造が備えられることにより、セル部を囲む外周耐圧構造が備えられたガードリング部が構成されている。
Although not shown, an EQR structure is provided on the outer periphery of the p-
さらに、セル部からガードリング部に至るまでの間を繋ぎ部として、繋ぎ部において、n-型ドリフト層2の表層部に複数本のp型繋ぎ層30が形成されている。本実施形態の場合、図1中の破線ハッチングに示すように、セル部を囲むように繋ぎ部が形成されており、さらに繋ぎ部の外側を囲むように、四隅が丸められた四角形状のp型ガードリング21が複数本形成されている。p型繋ぎ層30は、セル部に形成されるp型ディープ層5と平行に複数本並べて配置されており、本実施形態では、隣り合うp型ディープ層5同士の間の間隔と等間隔に配置されている。また、セル部からp型ガードリング21までの距離が離れている場所では、p型ディープ層5からp型繋ぎ層30を延設しており、p型繋ぎ層30の先端からp型ガードリング21までの距離が短くなるようにしている。
Furthermore, a plurality of p-
各p型繋ぎ層30は、n+型ソース領域4およびp型ベース領域3を貫通してn型ドリフト層2に達するトレンチ30a内に配置され、エピタキシャル成長によるp型のエピタキシャル膜によって構成されている。p型ディープ層5の長手方向におけるセル部とガードリング部との間では、p型繋ぎ層30がp型ディープ層5の先端に繋げられて形成されている。なお、このトレンチ30aが繋ぎトレンチに相当するものであり、例えば幅が1μm以下、アスペクト比が2以上の深さとされている。p型繋ぎ層30は、p型ベース領域3に接触させられていることから、ソース電位に固定される。
Each p-
p型繋ぎ層30を構成する各部は、上記したp型ディープ層5やp型ガードリング21と同様の構成とされており、p型繋ぎ層30の上面形状が直線状とされている点において、枠形状に形成されたp型ガードリング21と異なっているが、他は同様である。すなわち、p型繋ぎ層30は、p型ディープ層5やp型ガードリング21と同様の幅、同様の厚さ、つまり同様の深さとされている。また、各p型繋ぎ層30の間隔については、本実施形態ではセル部におけるp型ディープ層5同士の間隔と等間隔とされているが、異なる間隔であっても良い。
Each part constituting the p-
このようなp型繋ぎ層30を形成し、かつ、p型繋ぎ層30同士の間を所定間隔、例えばp型ディープ層5と等間隔もしくはそれ以下に設定することで、p型繋ぎ層30の間において等電位線が過剰にせり上がることを抑制できる。これにより、p型繋ぎ層30の間において電界集中が発生する部位が形成されることを抑制でき、耐圧低下を抑制することが可能となる。
By forming such a p-
なお、各p型繋ぎ層30における長手方向の両端、つまりトレンチ30aの両端では、p型繋ぎ層30の上面形状が半円形とされている。トレンチ30aの両端の上面形状を四角形状にしても良いが、角部にn型層が先に形成されることでn型化することがある。このため、p型繋ぎ層30の両端の上面形状を半円形とすることで、n型層が形成される部分を無くすことが可能となる。
At both ends in the longitudinal direction of each p-
また、繋ぎ部においても、n+型ソース領域4の表面に層間絶縁膜10が形成されている。上記したゲートパッド31は、繋ぎ部において、層間絶縁膜10の上に形成されている。
Also in the connecting portion, an
このように、セル部とガードリング部との間に繋ぎ部を備えた構造とし、繋ぎ部を幅狭のトレンチ30a内に埋め込まれた複数本のp型繋ぎ層30によって構成している。このため、仮にトレンチ30aを幅広のもので形成する場合には、トレンチ30a内を埋め込むことができないためにp型繋ぎ層30の厚みが薄くなったり、p型繋ぎ層30をエッチバックして平坦化する際に部分的にp型繋ぎ層30が無くなることがある。しかしながら、このようにトレンチ30aを幅狭のもので構成しているため、トレンチ30a内に的確に埋め込まれ、p型繋ぎ層30の厚みが薄くなったり、p型繋ぎ層30が部分的に無くなってしまうことを抑制することが可能となる。その反面、p型繋ぎ層30を複数に分割した構造としていることから、p型繋ぎ層30の間に等電位線がせり上がってくる可能性がある。しかしながら、p型繋ぎ層30同士の間を所定間隔、例えばp型ディープ層5と等間隔もしくはそれ以下とすることで、等電位線の過剰なせり上がりを抑制でき、耐圧低下を抑制できる。
As described above, the structure has a connecting portion between the cell portion and the guard ring portion, and the connecting portion is constituted by the plurality of p-
さらに、本実施形態では、繋ぎ部からガードリング部に至るようにn-型ドリフト層2の表層部に、電界緩和層40を形成している。電界緩和層40は、少なくともガードリング部のうちのセル部や繋ぎ部寄りの位置、つまりメサ部と凹部20との境界位置からメサ部の外周方向に形成されていれば良いが、本実施形態では繋ぎ部のうちのガードリング部寄りの位置にも形成されるようにしてある。より詳しくは、電界緩和層40は、ガードリング部のうちのセル部や繋ぎ部寄りの位置から繋ぎ部のうちのガードリング部寄りの位置にかけて全域形成されており、少なくともメサ部を囲む帯状の枠体形状とされている。電界緩和層40のp型不純物濃度は、例えば0.5×1017/cm3とされており、p型ディープ層5やp型ガードリング21よりも低不純物濃度とされている。電界緩和層40の厚みについては任意であり、例えば0.5μm程度とされる。
Further, in the present embodiment, the electric
上記したように、パワー素子の微細化に伴って、p型ガードリング21の間隔が狭くなるが、n型電流分散層2aを形成すると、JFET抵抗の低減を図ることができる反面、p型ガードリング21の間に電界が入り込み易くなる。このため、p型ガードリング21の間の間隔を狭めることで、p型ガードリング21の間への電界の入り込みを抑制したいが、p型ガードリング21が配置されるトレンチ21aを形成する際のフォトリソグラフィの分解能に伴う縮小化の限界がある。
As described above, with the miniaturization of the power element, the interval between the p-type guard rings 21 is reduced. However, when the n-type
これに対して、電界緩和層40を形成することで、p型ガードリング21の間への電界の入り込みを抑制することができる。なお、ガードリング部内における電界緩和層40の形成範囲については、基本的にはp型ガードリング21の配置間隔やp型ガードリング21とn型電流分散層2aそれぞれの不純物濃度に基づいて決まる。すなわち、p型ガードリング21は、セル部側において電界集中を緩和して等電位線がより外周側に向かうように形成されるが、その配置間隔やp型ガードリング21およびn型電流分散層2aの不純物濃度によって電界の入り込み方が変わってくる。このため、仮に、電界緩和層40が形成されていなければ、p型ガードリング21間への電界が入り込んだときに、その上に形成される層間絶縁膜10まで達すると想定される位置を含むように、電界緩和層40を形成している。
On the other hand, by forming the electric
以上のような構造により、本実施形態にかかるSiC半導体装置が構成されている。このように構成されるSiC半導体装置は、MOSFETをオンするときには、ゲート電極8への印加電圧を制御することでゲートトレンチ6の側面に位置するp型ベース領域3の表面部にチャネル領域を形成する。これにより、n+型ソース領域4およびn-型ドリフト層2を介して、ソース電極9およびドレイン電極11の間に電流を流す。
With the above structure, the SiC semiconductor device according to the present embodiment is configured. In the SiC semiconductor device thus configured, when the MOSFET is turned on, a channel region is formed on the surface of the p-
また、MOSFETのオフ時には、高電圧が印加されたとしても、トレンチゲート構造よりも深い位置まで形成されたp型ディープ層5によってゲートトレンチ底部への電界の入り込みが抑制されて、ゲートトレンチ底部での電界集中が緩和される。これにより、ゲート絶縁膜7の破壊が防止される。
Further, when the MOSFET is turned off, even if a high voltage is applied, the p-type
さらに、繋ぎ部では、等電位線のせり上がりが抑制され、ガードリング部側に向かうようにされる。また、ガードリング部において、p型ガードリング21によって等電位線の間隔が外周方向に向かって広がりながら終端させられるようになり、ガードリング部でも所望の耐圧を得ることができる。
Further, at the connecting portion, the rise of the equipotential lines is suppressed, and the connecting portion is directed to the guard ring portion side. Further, in the guard ring portion, the equipotential lines are terminated by the p-
そして、少なくともガードリング部における繋ぎ部側に電界緩和層40を備えてあるため、p型ガードリング21の間への電界の入り込みが抑制される。これにより、電界集中が緩和され、電界集中による層間絶縁膜10の破壊が抑制されて、耐圧低下を抑制することが可能となる。したがって、所望の耐圧を得ることが可能なSiC半導体装置とすることができる。
Further, since the electric
続いて、本実施形態に係るSiC半導体装置の製造方法について図3〜図4を参照して説明する。 Subsequently, a method for manufacturing the SiC semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
〔図3(a)に示す工程〕
まず、半導体基板として、n+型基板1を用意する。そして、このn+型基板1の主表面上にSiCからなるn-型ドリフト層2をエピタキシャル成長させたのち、図示しないマスクを用いて、n-型ドリフト層2の表層部にp型不純物をイオン注入すると共に活性化アニールを行うことで電界緩和層40を形成する。
[Step shown in FIG. 3 (a)]
First, an n + type substrate 1 is prepared as a semiconductor substrate. After an n − -
なお、電界緩和層40については、少なくともガードリング部の形成予定位置のうちの繋ぎ部の形成予定位置よりに形成されていれば良いが、ここでは繋ぎ部の形成予定位置内に入り込むように形成するようにしている。
The electric
〔図3(b)に示す工程〕
続いて、マスクを除去したのち、n-型ドリフト層2および電界緩和層40の上に、n型電流分散層2a、p型ベース領域3およびn+型ソース領域4を順にエピタキシャル成長させる。
[Step shown in FIG. 3B]
Subsequently, after removing the mask, an n-type
〔図3(c)に示す工程〕
次に、n+型ソース領域4の表面に図示しないマスクを配置し、マスクのうちのp型ディープ層5、p型ガードリング21およびp型繋ぎ層30の形成予定領域を開口させる。そして、マスクを用いてRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングを行うことにより、トレンチ5a、21a、30aを形成する。
[Step shown in FIG. 3 (c)]
Next, a mask (not shown) is arranged on the surface of the n + -
このとき、上記したように、電界緩和層40を、ガードリング部の形成予定位置のうちのセル部や繋ぎ部の形成予定位置寄りに加えて、繋ぎ部の形成予定位置のうちガードリング部の形成予定位置寄りにも形成している。このため、マスクずれによってトレンチ5a、21a、30aの形成位置がずれたとしても、少なくともガードリング部のうち電界緩和層40を形成しておきたい位置には、的確に電界緩和層40が配置されるようにすることができる。また、電界緩和層40を帯状の枠体形状で形成できることから、微細加工を行う必要なく、容易に形成することができる。
At this time, as described above, the electric
〔図3(d)に示す工程〕
マスクを除去した後、p型層を成膜したのち、p型層のうちn+型ソース領域4の表面より上に形成された部分が取り除かれるようにエッチバックし、p型ディープ層5、p型ガードリング21およびp型繋ぎ層30を形成する。
[Step shown in FIG. 3D]
After removing the mask, a p-type layer is formed, and then the p-type layer is etched back so that a portion formed above the surface of the n + -
このとき、埋込エピにより、トレンチ5a、21a、30a内にp型層が埋め込まれることになるが、トレンチ5a、21a、30aを同じ幅で形成していることから、p型層の表面に形状異常が発生したり凹凸が発生することを抑制できる。したがって、各トレンチ5a、21a、30a内にp型層を確実に埋め込むことが可能になると共に、p型層の表面は凹凸が少ない平坦な形状となる。
At this time, the p-type layer is buried in the
また、エッチバック時には、p型層の表面が凹凸の少ない平坦な形状となっていることから、p型ディープ層5、p型ガードリング21およびp型繋ぎ層30の表面は平坦な状態となる。したがって、この後にトレンチゲート構造を形成するための各種プロセスを行ったときに、所望のゲート形状を得ることが可能となる。また、各トレンチ5a、21a、30a内にp型層が確実に埋め込まれているため、p型繋ぎ層30の厚みが薄くなる等の問題も発生しない。
In addition, since the surface of the p-type layer has a flat shape with little unevenness at the time of the etch back, the surfaces of the p-type
〔図4(a)に示す工程〕
n+型ソース領域4などの上に図示しないマスクを形成したのち、マスクのうちのゲートトレンチ6の形成予定領域を開口させる。そして、マスクを用いてRIEなどの異方性エッチングを行うことで、ゲートトレンチ6を形成する。
[Step shown in FIG. 4 (a)]
After forming a mask (not shown) on the n + -
さらに、マスクを除去したのち、再び図示しないマスクを形成し、マスクのうちの凹部20の形成予定領域を開口させる。そして、マスクを用いてRIEなどの異方性エッチングを行うことで凹部20を形成する。これにより、凹部20が形成された位置において、n+型ソース領域4およびp型ベース領域3を貫通してn型電流分散層2aが露出させられ、n型電流分散層2aの表面から複数本のp型ガードリング21が配置された構造が構成される。
Further, after removing the mask, a mask (not shown) is formed again, and a region where the
なお、ここではゲートトレンチ6と凹部20を別々のマスクを用いた別工程として形成したが、同じマスクを用いて同時に形成することもできる。
Here, the
〔図4(b)に示す工程〕
マスクを除去した後、例えば熱酸化を行うことによって、ゲート絶縁膜7を形成し、ゲート絶縁膜7によってゲートトレンチ6の内壁面上およびn+型ソース領域4の表面上を覆う。そして、p型不純物もしくはn型不純物がドープされたPoly−Siをデポジションした後、これをエッチバックし、少なくともゲートトレンチ6内にPoly−Siを残すことでゲート電極8を形成する。
[Step shown in FIG. 4B]
After removing the mask, a
〔図4(c)に示す工程〕
ゲート電極8およびゲート絶縁膜7の表面を覆うように、例えば酸化膜などによって構成される層間絶縁膜10を形成する。そして、層間絶縁膜10の表面上に図示しないマスクを形成したのち、マスクのうち各ゲート電極8の間に位置する部分、つまりp型ディープ層5と対応する部分およびその近傍を開口させる。この後、マスクを用いて層間絶縁膜10をパターニングすることでp型ディープ層5およびn+型ソース領域4を露出させるコンタクトホールを形成する。
[Step shown in FIG. 4 (c)]
An interlayer insulating
〔図4(d)に示す工程〕
層間絶縁膜10の表面上に例えば複数の金属の積層構造により構成される電極材料を形成する。そして、電極材料をパターニングすることで、ソース電極9およびゲートパッド31を形成する。なお、本図とは異なる断面において各セルのゲート電極8に繋がるゲート引出部が設けられている。その引出部において層間絶縁膜10にコンタクトホールが開けられることで、ゲートパッド31とゲート電極8との電気的接続が行われるようになっている。
[Step shown in FIG. 4D]
On the surface of the
この後の工程については図示しないが、n+型基板1の裏面側にドレイン電極11を形成するなどの工程を行うことで、本実施形態にかかるSiC半導体装置が完成する。
Although the subsequent steps are not shown, the SiC semiconductor device according to the present embodiment is completed by performing steps such as forming the
以上説明したように、本実施形態では、繋ぎ部からガードリング部に至るようにn-型ドリフト層2の表層部に、電界緩和用の電界緩和層40を形成している。このため、p型ガードリング21の間への電界の入り込みを抑制することができる。これにより、電界集中が緩和され、電界集中による層間絶縁膜10の破壊が抑制されて、耐圧低下を抑制することが可能となる。したがって、所望の耐圧を得ることが可能なSiC半導体装置とすることができる。
As described above, in the present embodiment, the electric
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して電界緩和層40の上面レイアウトを変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(2nd Embodiment)
A second embodiment will be described. In the present embodiment, the layout of the upper surface of the electric
図5に示すように、本実施形態では、電界緩和層40を複数本のライン状としている。より詳しくは、電界緩和層40は、四隅が丸められた四角形状のp型ガードリング21のうちの各辺と対応する位置では、等間隔に当該各辺に対する法線方向に延設されており、四隅と対応する位置ではp型ガードリング21の中心から放射方向に延設されている。すなわち、電界緩和層40をp型ガードリング21に対して直交配置している。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the electric
このように、電界緩和層40をp型ガードリング21に対して直交配置するようにしても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
Thus, even if the electric
また、第1実施形態と比較して電界緩和層40の形成面積が小さくなるため、最小限のp型不純物ドーズによって効果的に電界緩和が行えると共に、イオン注入欠陥による高電圧印加時のリークを最小限に抑えることが可能となる。
Further, since the formation area of the electric
(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1、第2実施形態で説明した電界緩和層40の代わりとなる不純物層を備えるようにしたものであり、その他については第1、第2実施形態と同様であるため、第1、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. The present embodiment is provided with an impurity layer that replaces the electric
図6に示すように、本実施形態では、電界緩和層40の代わりに、ガードリング部内におけるn型電流分散層2a内に、電界緩和層50を形成している。
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, instead of the electric
本実施形態では、電界緩和層50は、ガードリング部の全域に形成されている。より詳しくは、電界緩和層50は、ガードリング部において、枠体形状に形成されている。電界緩和層50は、n型電流分散層2aよりもキャリア濃度が低くされたn型層、もしくは、p型ガードリング21よりもキャリア濃度が低くされたp型層で構成されている。すなわち、電界緩和層50内におけるドナー濃度Ndとアクセプタ濃度Naとの差の絶対値が、n型電流分散層2aやp型ガードリング21のキャリア濃度よりも低くされており、例えば|Nd−Na|<0.5×1017/cm3とされている。電界緩和層50の厚みについては任意であり、例えば0.5μm程度とされる。
In the present embodiment, the electric
また、本実施形態では、電界緩和層50を、p型ガードリング21の厚み内、つまりp型ガードリング21のうちの層間絶縁膜10側となる表面からn-型ドリフト層2側となる底面までの間に形成してある。ただし、電界緩和層50の形成深さについては、電界緩和層50のうちの層間絶縁膜10側となる上面側がp型ガードリング21の表面よりも深く、かつ、底面よりも浅い位置となっていれば良い。つまり、電界緩和層50のうちのn-型ドリフト層2側となる下面側については、p型ガードリング21の底面よりも深い位置となっていても良い。
In the present embodiment, the electric
このように、ガードリング部においてn型電流分散層2a内に電界緩和層50を形成するようにしている。このような電界緩和層50を形成しても、p型ガードリング21間への電界の入り込みを抑制することができる。したがって、第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, the electric
次に、本実施形態のSiC半導体装置の製造方法について説明する。なお、本実施形態のSiC半導体装置の製造方法については、ほぼ第1実施形態で説明した図3および図4に示すSiC半導体装置の製造方法と同様であるため、異なる部分を主に説明する。 Next, a method for manufacturing the SiC semiconductor device of the present embodiment will be described. Note that the method of manufacturing the SiC semiconductor device of the present embodiment is almost the same as the method of manufacturing the SiC semiconductor device shown in FIGS. 3 and 4 described in the first embodiment, and therefore different portions will be mainly described.
〔図7(a)に示す工程〕
まず、n+型基板1の主表面上にSiCからなるn-型ドリフト層2、n型電流分散層2a、p型ベース領域3およびn+型ソース領域4を順にエピタキシャル成長させる。
[Step shown in FIG. 7A]
First, an n − -
〔図7(b)に示す工程〕
次に、図3(c)、(d)に示す工程と同様の工程を行うことで、トレンチ5a、21a、30aを形成すると共に、トレンチ5a、21a、30a内にp型ディープ層5、p型ガードリング21およびp型繋ぎ層30を形成する。
[Step shown in FIG. 7B]
Next, by performing the same steps as those shown in FIGS. 3C and 3D, the
〔図7(c)に示す工程〕
図示しないマスクを形成し、マスクのうちの凹部20の形成予定領域を開口させる。そして、マスクを用いてRIEなどの異方性エッチングを行うことで凹部20を形成する。これにより、凹部20が形成された位置において、n+型ソース領域4およびp型ベース領域3を貫通してn型電流分散層2aが露出させられ、n型電流分散層2aの表層部に複数本のp型ガードリング21が配置された構造が構成される。
[Step shown in FIG. 7C]
A mask (not shown) is formed, and a region where the
さらに、凹部20の形成時に用いたマスクをそのまま用いて、n型不純物をイオン注入したのち、活性化アニールを行うことで、凹部20内に電界緩和層50を形成する。このときのn型不純物のドーズ量については、上記したように、電界緩和層50のドナー濃度Ndとアクセプタ濃度Naとの差の絶対値について、|Nd−Na|<0.5×1017/cm3が成り立つように調整している。この後、凹部20の形成や電界緩和層50の形成時に用いたマスクを除去したのち、図3(d)に示す工程のうちのゲートトレンチ6の形成工程を行う。
Further, an n-type impurity is ion-implanted using the mask used for forming the
〔図7(d)に示す工程〕
更に図4(a)以降の各工程を行う。これにより、本実施形態のSiC半導体装置を製造することができる。
[Step shown in FIG. 7D]
Further performing the steps of FIGS. 4 (a) later. Thereby, the SiC semiconductor device of the present embodiment can be manufactured.
(第3実施形態の変形例)
上記第3実施形態で説明した電界緩和層50をガードリング部の全域に形成する必要はなく、例えば図8に示すように、ガードリング部のうちのセル部や繋ぎ部寄りの位置にのみ形成していても良い。さらに、電界緩和層50が繋ぎ部のうちのガードリング部寄りの位置にまで形成してあっても良い。
(Modification of Third Embodiment)
It is not necessary to form the electric
ただし、これらの構造とする場合には、凹部20を形成する際に用いたマスクとは別のマスク、例えばレジストマスクを用いて、電界緩和層50を形成するためのイオン注入を行うことが必要になる。
However, in the case of using these structures, it is necessary to perform ion implantation for forming the electric
なお、電界緩和層50をガードリング部のうちのセル部や繋ぎ部寄りの位置にのみ形成する場合、電界緩和層50の罫線範囲については、p型ガードリング21の配置間隔やp型ガードリング21とn型電流分散層2aそれぞれの不純物濃度に基づいて決めている。上記したように、p型ガードリング21は、セル部側において電界集中を緩和して等電位線がより外周側に向かうように形成されるが、その配置間隔やp型ガードリング21およびn型電流分散層2aの不純物濃度によって電界の入り込み方が変わってくる。このため、仮に、電界緩和層50が形成されていなければ、p型ガードリング21間への電界が入り込んだときに、その上に形成される層間絶縁膜10まで達すると想定される位置を含むように、電界緩和層50を形成している。
When the electric
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be appropriately modified within the scope described in the claims.
(1)上記各実施形態では、p型ベース領域3の上にn+型ソース領域4を連続してエピタキシャル成長させて形成したが、p型ベース領域3の所望位置にn型不純物をイオン注入することでn+型ソース領域4を形成しても良い。
(1) In each of the above embodiments, the n + -
(2)上記各実施形態では、縦型のパワー素子としてnチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造のMOSFETを例に挙げて説明した。しかしながら、上記各実施形態は縦型の半導体素子の一例を示したに過ぎず、半導体基板の表面側に設けられる第1電極と裏面側に設けられる第2電極との間に電流を流す縦型の半導体素子であれば、他の構造もしくは導電型のものであっても良い。 (2) In each of the above embodiments, an n-channel inversion type MOSFET having a trench gate structure has been described as an example of a vertical power element. However, each of the above embodiments is merely an example of a vertical semiconductor device, and a vertical semiconductor device in which a current flows between a first electrode provided on the front surface side of a semiconductor substrate and a second electrode provided on the back surface side. The semiconductor element may have another structure or conductivity type.
例えば、上記第1実施形態等では、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたnチャネルタイプのMOSFETを例に挙げて説明したが、各構成要素の導電型を反転させたpチャネルタイプのMOSFETとしても良い。また、上記説明では、半導体素子としてMOSFETを例に挙げて説明したが、同様の構造のIGBTに対しても本発明を適用することができる。IGBTは、上記各実施形態に対してn+型基板1の導電型をn型からp型に変更するだけであり、その他の構造や製造方法に関しては上記各実施形態と同様である。さらに、縦型のMOSFETとしてトレンチゲート構造のものを例に挙げて説明したが、トレンチゲート構造のものに限らず、プレーナ型のものであっても良い。 For example, in the first embodiment and the like, an n-channel MOSFET in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described as an example, but the conductivity type of each component is reversed. Alternatively, a p-channel type MOSFET may be used. In the above description, the MOSFET has been described as an example of the semiconductor element. However, the present invention can be applied to an IGBT having a similar structure. The IGBT differs from the above embodiments only in that the conductivity type of the n + type substrate 1 is changed from n type to p type, and the other structures and manufacturing methods are the same as in the above embodiments. Furthermore, although the vertical MOSFET has a trench gate structure as an example, the MOSFET is not limited to the trench gate structure but may be a planar MOSFET.
さらに、MOS構造のパワー素子に限らず、ショットキーダイオードを適用することもできる。具体的には、n+型基板の主表面上にn-型ドリフト層が形成されていると共に、その上に第1電極に相当するショットキー電極が形成され、さらにn+型基板の裏面側に第2電極に相当するオーミック電極が形成されることでショットキーダイオードが構成される。このような構造において、n-型ドリフト層の表層部から複数本のp型ディープ層が形成されることで、ジャンクションバリアショットキーダイオード(以下、JBSという)が構成される。このようなJBSが備えられるSiC半導体装置においても、第1、第2実施形態で説明した電界緩和層40や第3実施形態で説明した電界緩和層50を備えることで、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
Further, a Schottky diode can be applied without being limited to a power element having a MOS structure. Specifically, an n − -type drift layer is formed on the main surface of the n + -type substrate, a Schottky electrode corresponding to the first electrode is formed thereon, and further, a back side of the n + -type substrate is formed. The Schottky diode is formed by forming an ohmic electrode corresponding to the second electrode. In such a structure, a junction barrier Schottky diode (hereinafter, referred to as JBS) is formed by forming a plurality of p-type deep layers from the surface of the n − -type drift layer. Also in the SiC semiconductor device provided with such a JBS, the electric
(3)上記各実施形態では、p型ディープ層5やp型ガードリング21およびp型繋ぎ層30を埋込エピ成長によって形成したが、イオン注入によって形成しても良い。
(3) In each of the above embodiments, the p-type
(4)上記各実施形態では、p型ディープ層5やp型繋ぎ層30をn+型ソース領域4およびp型ベース領域3を貫通するように形成しているが、p型ベース領域3の下方にのみp型ディープ層5やp型繋ぎ層30を形成するようにしても良い。
(4) In each of the above embodiments, the p-type
(5)なお、結晶の方位を示す場合、本来ならば所望の数字の上にバー(−)を付すべきであるが、電子出願に基づく表現上の制限が存在するため、本明細書においては、所望の数字の前にバーを付すものとする。 (5) When indicating the orientation of a crystal, a bar (-) should normally be added to a desired number. However, since there are restrictions on the expression based on the electronic application, in this specification, , A bar before the desired number.
1 n+型基板
2a n型電流分散層
3 p型ベース領域
4 n+型ソース領域
5 p型ディープ層
8 ゲート電極
9 ソース電極
11 ドレイン電極
21 p型ガードリング層
40、50 電界緩和層
Reference Signs List 1 n + type substrate 2 a n type current spreading layer 3 p type base region 4 n + type source region 5 p type
Claims (9)
前記セル部および前記外周部には、
第1または第2導電型の基板(1)と、
前記基板の表面側に形成され、前記基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層の上に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1導電型の電流分散層(2a)と、が備えられ、
前記セル部には、
前記電流分散層にストライプ状に形成された第2導電型層(5)と、
前記第2導電型層に電気的に接続された第1電極(9)と、
前記基板の裏面側に電気的に接続された第2電極(11)と、を有し、
前記第1電極と前記第2電極との間に電流を流す縦型の半導体素子が備えられ、
前記ガードリング部には、
前記電流分散層の表面から形成されていると共に前記セル部を囲む複数の枠形状とされたライン状の第2導電型のガードリング(21)が備えられ、
前記ガードリング部において前記セル部よりも前記電流分散層が凹んだ凹部(20)が形成されることで、前記基板の厚み方向において、前記セル部が前記ガードリング部よりも突き出した島状のメサ部が構成され、
前記メサ部と前記凹部との境界位置から前記メサ部の外周側に向けて、前記ドリフト層の表層部に、前記ガードリングよりも低不純物濃度とされた第2導電型の電界緩和層(40)が備えられている炭化珪素半導体装置。 A silicon carbide semiconductor device having a cell portion and an outer peripheral portion including a guard ring portion surrounding the outer periphery of the cell portion,
In the cell portion and the outer peripheral portion,
A first or second conductivity type substrate (1);
A first conductivity type drift layer (2) formed on the surface side of the substrate and having a lower impurity concentration than the substrate;
A first conductivity type current spreading layer (2a) formed on the drift layer and having a higher impurity concentration than the drift layer;
In the cell part,
A second conductivity type layer (5) formed in a stripe shape on the current distribution layer;
A first electrode (9) electrically connected to the second conductivity type layer;
A second electrode (11) electrically connected to the back side of the substrate;
A vertical semiconductor element for flowing a current between the first electrode and the second electrode;
In the guard ring portion,
A plurality of frame-shaped line-shaped second conductivity type guard rings (21) formed from the surface of the current distribution layer and surrounding the cell portion;
By forming a concave portion (20) in which the current distribution layer is recessed from the cell portion in the guard ring portion, an island-like shape in which the cell portion protrudes from the guard ring portion in the thickness direction of the substrate. The mesa section is configured,
From a boundary position between the mesa portion and the concave portion toward the outer peripheral side of the mesa portion, a second conductivity type electric field relaxation layer (40) having a lower impurity concentration than the guard ring is formed on the surface layer portion of the drift layer. ) Is provided.
前記セル部および前記外周部には、
第1または第2導電型の基板(1)と、
前記基板の表面側に形成され、前記基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層の上に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1導電型の電流分散層(2a)と、が備えられ、
前記セル部には、
前記電流分散層にストライプ状に形成された第2導電型層(5)と、
前記第2導電型層に電気的に接続された第1電極(9)と、
前記基板の裏面側に電気的に接続された第2電極(11)と、を有し、
前記第1電極と前記第2電極との間に電流を流す縦型の半導体素子が備えられ、
前記ガードリング部には、
前記電流分散層の表面から形成されていると共に前記セル部を囲む複数の枠形状とされたライン状の第2導電型のガードリング(21)が備えられ、
前記ガードリング部において前記セル部よりも前記電流分散層が凹んだ凹部(20)が形成されることで、前記基板の厚み方向において、前記セル部が前記ガードリング部よりも突き出した島状のメサ部が構成され、
前記メサ部と前記凹部との境界位置から前記メサ部の外周側に向けて、前記電流分散層内に、前記電流分散層および前記ガードリングよりもキャリア濃度が低くされた第1導電型または第2導電型の電界緩和層(50)が備えられ、
前記電界緩和層の上面は、前記ガードリングの表面よりも深く、かつ、底面よりも浅い位置とされている炭化珪素半導体装置。 A silicon carbide semiconductor device having a cell portion and an outer peripheral portion including a guard ring portion surrounding the outer periphery of the cell portion,
In the cell portion and the outer peripheral portion,
A first or second conductivity type substrate (1);
A first conductivity type drift layer (2) formed on the surface side of the substrate and having a lower impurity concentration than the substrate;
A first conductivity type current spreading layer (2a) formed on the drift layer and having a higher impurity concentration than the drift layer;
In the cell part,
A second conductivity type layer (5) formed in a stripe shape on the current distribution layer;
A first electrode (9) electrically connected to the second conductivity type layer;
A second electrode (11) electrically connected to the back side of the substrate;
A vertical semiconductor element for flowing a current between the first electrode and the second electrode;
In the guard ring portion,
A plurality of frame-shaped line-shaped second conductivity type guard rings (21) formed from the surface of the current distribution layer and surrounding the cell portion;
By forming a concave portion (20) in which the current distribution layer is recessed from the cell portion in the guard ring portion, an island-like shape in which the cell portion protrudes from the guard ring portion in the thickness direction of the substrate. The mesa section is configured,
From the boundary position between the mesa portion and the concave portion toward the outer peripheral side of the mesa portion, the first conductivity type or the first conductivity type in which the carrier concentration is lower than the current dispersion layer and the guard ring in the current dispersion layer. second conductivity type field relaxation layer (50) is provided with al will,
A silicon carbide semiconductor device in which an upper surface of the electric field relaxation layer is deeper than a surface of the guard ring and shallower than a bottom surface .
前記電流分散層の上に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域の上に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1導電型のソース領域(4)と、
前記ソース領域の表面から前記ベース領域よりも深くまで形成されたゲートトレンチ(6)内に形成され、該ゲートトレンチの内壁面に形成されたゲート絶縁膜(7)と、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極(8)と、を有して構成されたトレンチゲート構造と、
前記ゲートトレンチよりも深い位置まで形成されたトレンチ(5a)内に配置された前記第2導電型層と、
前記ソース領域および前記ベース領域に電気的に接続された前記第1電極を構成するソース電極(9)と、
前記基板の裏面側に電気的に接続された前記第2電極を構成するドレイン電極(11)と、を備えた縦型の半導体素子が形成されている請求項1ないし5のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置。 In the cell part,
A second conductivity type base region (3) formed on the current distribution layer;
A first conductivity type source region (4) formed on the base region and having a higher impurity concentration than the drift layer;
A gate insulating film (7) formed in a gate trench (6) formed from the surface of the source region to a depth deeper than the base region, and formed on an inner wall surface of the gate trench; A gate electrode (8) formed in the trench gate structure,
The second conductivity type layer disposed in a trench (5a) formed to a position deeper than the gate trench;
A source electrode (9) constituting the first electrode electrically connected to the source region and the base region;
A drain electrode (11) constituting an electrically connected to said second electrode on the back side of the substrate, to to any one of 5 claims 1 vertical semiconductor device is formed with a The silicon carbide semiconductor device according to the above.
第1または第2導電型の基板(1)を用意することと、
前記基板の表面側に、前記基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型のドリフト層(2)を形成することと、
前記ドリフト層の表層部に、第2導電型不純物をイオン注入することで第2導電型の電界緩和層(40)を形成することと、
前記ドリフト層の上に、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1導電型の電流分散層(2a)を形成することと、
前記セル部において、前記電流分散層にストライプ状に第2導電型層(5)を形成すると共に、前記ガードリング部において、前記電流分散層に前記セル部を囲む複数の枠形状とされるライン状の第2導電型のガードリング(21)を形成することと、
前記ガードリング部において、前記セル部よりも前記電流分散層を凹ませた凹部(20)を形成することで、前記基板の厚み方向において、前記セル部が前記ガードリング部よりも突き出した島状のメサ部を構成することと、
前記第2導電型層に電気的に接続される第1電極(9)を形成することと、
前記基板の裏面側に電気的に接続される第2電極(11)を形成することと、を含み、
前記電界緩和層を形成することでは、前記メサ部と前記凹部との境界位置となる予定の位置から前記メサ部の外周側に向けて前記電界緩和層を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a cell portion and an outer peripheral portion including a guard ring portion surrounding the outer periphery of the cell portion,
Providing a first or second conductivity type substrate (1);
Forming a first conductivity type drift layer (2) having a lower impurity concentration than the substrate on the surface side of the substrate;
Forming a second conductivity type electric field relaxation layer (40) by ion-implanting a second conductivity type impurity into a surface portion of the drift layer;
Forming a first conductivity type current dispersion layer (2a) having a higher impurity concentration than the drift layer on the drift layer;
In the cell portion, a second conductive type layer (5) is formed in a stripe shape on the current distribution layer, and in the guard ring portion, the current distribution layer has a plurality of frame-shaped lines surrounding the cell portion. Forming a second guard ring (21) of a second conductivity type;
By forming a recess (20) in which the current distribution layer is recessed from the cell portion in the guard ring portion, an island shape in which the cell portion protrudes from the guard ring portion in the thickness direction of the substrate. The mesa section of the
Forming a first electrode (9) electrically connected to the second conductivity type layer;
Forming a second electrode (11) that is electrically connected to the back side of the substrate;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the forming of the electric field relaxation layer includes forming the electric field relaxation layer from a position to be a boundary position between the mesa portion and the concave portion toward an outer peripheral side of the mesa portion.
第1または第2導電型の基板(1)を用意することと、
前記基板の表面側に、前記基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型のドリフト層(2)を形成することと、
前記ドリフト層の上に、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1導電型の電流分散層(2a)を形成することと、
前記電流分散層内に、第2導電型不純物をイオン注入することで第1導電型または第2導電型の電界緩和層(50)を形成することと、
前記セル部において、前記電流分散層にストライプ状に第2導電型層(5)を形成すると共に、前記ガードリング部において、前記電流分散層に前記セル部を囲む複数の枠形状とされるライン状の第2導電型のガードリング(21)を形成することと、
前記ガードリング部において、前記セル部よりも前記電流分散層を凹ませた凹部(20)を形成することで、前記基板の厚み方向において、前記セル部が前記ガードリング部よりも突き出した島状のメサ部を構成することと、
前記第2導電型層に電気的に接続される第1電極(9)を形成することと、
前記基板の裏面側に電気的に接続される第2電極(11)を形成することと、を含み、
前記電界緩和層を形成することでは、前記メサ部と前記凹部との境界位置となる予定の位置から前記メサ部の外周側に向けて、前記電流分散層および前記ガードリングよりもキャリア濃度が低くされた第1導電型もしくは第2導電型の前記電界緩和層を形成し、
さらに、前記電界緩和層を形成することでは、前記凹部を形成した後において、前記電界緩和層の上面が、前記ガードリングの表面よりも深く、かつ、底面よりも浅い位置とされるように前記電界緩和層を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a cell portion and an outer peripheral portion including a guard ring portion surrounding the outer periphery of the cell portion,
Providing a first or second conductivity type substrate (1);
Forming a first conductivity type drift layer (2) having a lower impurity concentration than the substrate on the surface side of the substrate;
Forming a first conductivity type current dispersion layer (2a) having a higher impurity concentration than the drift layer on the drift layer;
Forming a first conductivity type or second conductivity type electric field relaxation layer (50) by ion-implanting a second conductivity type impurity into the current dispersion layer;
In the cell portion, a second conductive type layer (5) is formed in a stripe shape on the current distribution layer, and in the guard ring portion, the current distribution layer has a plurality of frame-shaped lines surrounding the cell portion. Forming a second guard ring (21) of a second conductivity type;
By forming a recess (20) in which the current distribution layer is recessed from the cell portion in the guard ring portion, an island shape in which the cell portion protrudes from the guard ring portion in the thickness direction of the substrate. The mesa section of the
Forming a first electrode (9) electrically connected to the second conductivity type layer;
Forming a second electrode (11) that is electrically connected to the back side of the substrate;
By forming the electric field relaxation layer, the carrier concentration is lower than that of the current dispersion layer and the guard ring from a position to be a boundary position between the mesa portion and the concave portion toward the outer peripheral side of the mesa portion. Forming the electric field relaxation layer of the first conductivity type or the second conductivity type ,
Further, by forming the electric field relaxation layer, after forming the concave portion, the upper surface of the electric field relaxation layer is deeper than the surface of the guard ring, and is so positioned as to be shallower than the bottom surface. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device in which an electric field relaxation layer is formed .
前記ベース領域の上に、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされる第1導電型のソース領域(4)を形成することと、
前記ソース領域の表面から異方性エッチングを行うことで、前記セル部のディープトレンチ(5a)と、前記ガードリング部のガードリングトレンチ(21a)と、を含むトレンチを形成することと、
第2導電型の炭化珪素層をエピタキシャル成長させることで、前記ディープトレンチおよび前記ガードリングトレンチを埋め込んだのち、エッチバックにより前記炭化珪素層のうち前記ソース領域の上に形成された部分を取り除くことで、前記ディープトレンチ内に前記第2導電型層を形成すると共に、前記ガードリングトレンチ内に前記ガードリングを形成することと、
前記セル部に、前記ソース領域の表面から前記ベース領域よりも深いゲートトレンチ(6)と、該ゲートトレンチの内壁面に形成されるゲート絶縁膜(7)と、前記ゲート絶縁膜の上に形成されるゲート電極(8)と、を有して構成されるトレンチゲート構造を形成することと、を含み、
前記第1電極を形成することでは、前記第1電極として、前記ソース領域および前記ベース領域に電気的に接続されるソース電極(9)を形成し、
前記第2電極を形成することでは、前記基板の裏面側に、前記第2電極としてドレイン電極(11)を形成する請求項7または8に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 Forming a second conductivity type base region (3) on the current distribution layer;
Forming a first conductivity type source region (4) having a higher impurity concentration than the drift layer on the base region;
Forming a trench including a deep trench (5a) in the cell portion and a guard ring trench (21a) in the guard ring portion by performing anisotropic etching from the surface of the source region;
After burying the deep trench and the guard ring trench by epitaxially growing a silicon carbide layer of the second conductivity type, a portion of the silicon carbide layer formed on the source region is removed by etch-back. Forming the second conductivity type layer in the deep trench and forming the guard ring in the guard ring trench;
A gate trench (6) deeper than the base region from the surface of the source region, a gate insulating film (7) formed on the inner wall surface of the gate trench, and a gate insulating film formed on the gate insulating film. Forming a trench gate structure configured with a gate electrode (8) to be formed.
In forming the first electrode, a source electrode (9) electrically connected to the source region and the base region is formed as the first electrode;
9. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 7 , wherein forming the second electrode forms a drain electrode as the second electrode on the back surface side of the substrate. 10.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016240558A JP6673174B2 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
CN201780075779.5A CN110050349B (en) | 2016-12-12 | 2017-12-12 | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same |
PCT/JP2017/044580 WO2018110556A1 (en) | 2016-12-12 | 2017-12-12 | Silicon carbide semiconductor device, and production method therefor |
US16/427,413 US11177353B2 (en) | 2016-12-12 | 2019-05-31 | Silicon carbide semiconductor device, and manufacturing method of the same |
US17/477,168 US11769801B2 (en) | 2016-12-12 | 2021-09-16 | Silicon carbide semiconductor device with cell section and outer periphery section |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016240558A JP6673174B2 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018098324A JP2018098324A (en) | 2018-06-21 |
JP2018098324A5 JP2018098324A5 (en) | 2019-03-28 |
JP6673174B2 true JP6673174B2 (en) | 2020-03-25 |
Family
ID=62558685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016240558A Active JP6673174B2 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US11177353B2 (en) |
JP (1) | JP6673174B2 (en) |
CN (1) | CN110050349B (en) |
WO (1) | WO2018110556A1 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020119922A (en) * | 2019-01-18 | 2020-08-06 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
JP2020123607A (en) * | 2019-01-29 | 2020-08-13 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
JP7142606B2 (en) * | 2019-06-04 | 2022-09-27 | 三菱電機株式会社 | semiconductor equipment |
US11450734B2 (en) | 2019-06-17 | 2022-09-20 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and fabrication method for semiconductor device |
JP7249921B2 (en) | 2019-09-20 | 2023-03-31 | 株式会社東芝 | semiconductor equipment |
JP7425943B2 (en) * | 2019-12-12 | 2024-02-01 | 株式会社デンソー | silicon carbide semiconductor device |
KR20220075811A (en) * | 2020-11-30 | 2022-06-08 | 현대자동차주식회사 | Semiconductor device and method manufacturing the same |
JP2022106210A (en) * | 2021-01-06 | 2022-07-19 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
JP2024060452A (en) * | 2022-10-19 | 2024-05-02 | 株式会社デンソー | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2024132455A (en) * | 2023-03-17 | 2024-10-01 | 株式会社東芝 | Semiconductor Device |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3506676B2 (en) * | 2001-01-25 | 2004-03-15 | Necエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
JP3914226B2 (en) * | 2004-09-29 | 2007-05-16 | 株式会社東芝 | High voltage semiconductor device |
JP5198030B2 (en) * | 2007-10-22 | 2013-05-15 | 株式会社東芝 | Semiconductor element |
EP2091083A3 (en) | 2008-02-13 | 2009-10-14 | Denso Corporation | Silicon carbide semiconductor device including a deep layer |
US9640609B2 (en) * | 2008-02-26 | 2017-05-02 | Cree, Inc. | Double guard ring edge termination for silicon carbide devices |
JP5224289B2 (en) * | 2009-05-12 | 2013-07-03 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device |
JP2011066246A (en) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Seiko Instruments Inc | Semiconductor device for electrostatic protection |
JP5533677B2 (en) * | 2011-01-07 | 2014-06-25 | 株式会社デンソー | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2012169384A (en) * | 2011-02-11 | 2012-09-06 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
US8618582B2 (en) * | 2011-09-11 | 2013-12-31 | Cree, Inc. | Edge termination structure employing recesses for edge termination elements |
JP5812029B2 (en) * | 2012-06-13 | 2015-11-11 | 株式会社デンソー | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP5751213B2 (en) * | 2012-06-14 | 2015-07-22 | 株式会社デンソー | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof |
US9318624B2 (en) * | 2012-11-27 | 2016-04-19 | Cree, Inc. | Schottky structure employing central implants between junction barrier elements |
JP2014138048A (en) * | 2013-01-16 | 2014-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Silicon carbide semiconductor device |
JP6048317B2 (en) * | 2013-06-05 | 2016-12-21 | 株式会社デンソー | Silicon carbide semiconductor device |
JP6477106B2 (en) * | 2015-03-24 | 2019-03-06 | サンケン電気株式会社 | Semiconductor device |
JP6409681B2 (en) | 2015-05-29 | 2018-10-24 | 株式会社デンソー | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP6485382B2 (en) * | 2016-02-23 | 2019-03-20 | 株式会社デンソー | Method of manufacturing compound semiconductor device and compound semiconductor device |
JP6740759B2 (en) | 2016-07-05 | 2020-08-19 | 株式会社デンソー | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2016
- 2016-12-12 JP JP2016240558A patent/JP6673174B2/en active Active
-
2017
- 2017-12-12 CN CN201780075779.5A patent/CN110050349B/en active Active
- 2017-12-12 WO PCT/JP2017/044580 patent/WO2018110556A1/en active Application Filing
-
2019
- 2019-05-31 US US16/427,413 patent/US11177353B2/en active Active
-
2021
- 2021-09-16 US US17/477,168 patent/US11769801B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20190288074A1 (en) | 2019-09-19 |
WO2018110556A1 (en) | 2018-06-21 |
US11769801B2 (en) | 2023-09-26 |
JP2018098324A (en) | 2018-06-21 |
US20220005928A1 (en) | 2022-01-06 |
US11177353B2 (en) | 2021-11-16 |
CN110050349B (en) | 2022-05-10 |
CN110050349A (en) | 2019-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6673174B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US10964809B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing process therefor | |
JP6696328B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6740759B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US10784335B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JP6696329B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US20150200248A1 (en) | Semiconductor device | |
US10714611B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
JP7420485B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2022182509A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2023035249A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190208 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190208 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200204 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200217 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6673174 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |